Обзор радиосигналов и распространения радиоволн и того, как различные области атмосферы влияют на радиосвязь.
Различные эффекты, такие как отражение, преломление, дифракция и т. д., реально объединяются, когда радиосигналы распространяются через атмосферу. На сигналы влияет множество факторов, позволяющих обнаруживать сигналы вблизи и вдали в зависимости от множества факторов. То, как радиосигналы распространяются или проходят от радиопередатчика к радиоприемнику, имеет большое значение при планировании сети или системы радиосвязи. Во многих случаях наземное распространение радиоволн в значительной степени определяется областями атмосферы, через которые проходят сигналы. Без воздействия атмосферы сигналы радиосвязи не могли бы распространяться по всему земному шару в коротковолновых диапазонах или распространяться дальше, чем расстояние прямой видимости на более высоких частотах. На самом деле то, как атмосфера влияет на радиосвязь, имеет огромное значение для всех, кто связан с радиосвязью, будь то двусторонняя радиосвязь, мобильная радиосвязь, радиовещание, двухточечная радиосвязь или любая другая радиосвязь. Ввиду важности атмосферы для радиосвязи здесь дается обзор ее состава.
Атмосферные слои
Атмосферу можно разделить на множество различных слоев в зависимости от их свойств. Хотя существует множество различных способов классификации различных атмосферных регионов, обычно разные научные направления могут иметь свою собственную номенклатуру в результате интереса к различным свойствам. Самая низкая область в метеорологической системе называется тропосферой. Это распространяется на высоты около 10 км над поверхностью Земли. Выше находится стратосфера, которая простирается на высоте от 10 до 50 км. Выше этого на высотах от 50 до 80 км находится Мезосфера, а выше этого — Темосфера: названа из-за резкого повышения температуры здесь.
С точки зрения распространения радиоволн существуют две основные области, представляющие интерес:
- Тропосфера: очень приблизительное эмпирическое правило показывает, что эта область атмосферы имеет тенденцию влиять на сигналы выше 30 МГц или около того.
- Ионосфера: Ионосфера — это область, которая позволяет сигналам в коротковолновых диапазонах преодолевать большие расстояния. Он пересекает метеорологические границы и простирается от высоты около 60 км до 700 км. Регион получил свое название потому, что воздух в этом регионе ионизируется в первую очередь солнечным излучением. Свободные электроны в этой области влияют на радиосигналы и могут преломлять их обратно на Землю в зависимости от множества факторов.
Тропосфера
Самый нижний из слоев атмосферы называется тропосферой. Тропосфера простирается от уровня земли до высоты 10 км. Именно в тропосферной области происходит то, что мы называем погодой. Низкие облака встречаются на высоте до 2 км, а облака среднего уровня простираются примерно до 4 км. Самые высокие облака находятся на высоте до 10 км, тогда как современные реактивные авиалайнеры летают выше этого уровня на высоте до 12 км. В этой области атмосферы обычно наблюдается устойчивое падение температуры с высотой. Это влияет на распространение радиоволн, поскольку влияет на показатель преломления воздуха. Это играет доминирующую роль в распространении радиосигналов и приложениях радиосвязи, использующих тропосферное распространение радиоволн. Это зависит от температуры, давления и влажности. При воздействии сигналов радиосвязи это часто происходит на высотах до 2 км.
Ионосфера
Ионосфера — это область, которая традиционно считается средством, с помощью которого можно установить связь на большие расстояния. Он оказывает большое влияние на то, что обычно считается коротковолновым диапазоном, предоставляя средства, с помощью которых сигналы кажутся отраженными обратно на землю от слоев, расположенных высоко над землей. Ионосфера имеет высокий уровень свободных электронов и ионов — отсюда и название ионосфера. Обнаружено, что уровень электронов резко возрастает на высотах около 30 км, но только на высотах около 60 км свободные электроны становятся достаточно плотными, чтобы существенно влиять на радиосигналы. Ионизация происходит в результате излучения, в основном солнечного, ударяющего по молекулам воздуха с достаточной энергией, чтобы высвободить электроны и оставить положительные ионы. Очевидно, что когда ионы и свободные электроны встречаются, они, вероятно, рекомбинируют, поэтому устанавливается состояние динамического равновесия, но чем выше уровень излучения, тем больше электронов освобождается. Большая часть ионизации вызвана ультрафиолетовым светом. Когда он достигнет верхних слоев атмосферы, он будет самым сильным, но когда он столкнется с молекулами в верхних слоях, где воздух очень разрежен, он ионизирует большую часть газа. При этом интенсивность излучения снижается. На нижних уровнях ионосферы интенсивность ультрафиолетового света, его значительно сниженная и более проникающая радиация, включая рентгеновские лучи и космические лучи, вызывает большую часть ионизации. В результате действия многих факторов установлено, что уровень свободных электронов в ионосфере неодинаков и есть области, которые больше других влияют на радиосигналы. Их часто называют слоями, но, возможно, правильнее считать их регионами, поскольку во многих отношениях они весьма нечетки. Этим слоям присваиваются обозначения D, E, F1 и F2.
Описание ионосферных регионов
- D регион: Слой D или область D — это самая нижняя из областей, влияющих на радиосигналы. Он существует на высотах от 60 до 90 км. Он присутствует днем, когда поступает солнечное излучение, но из-за плотности молекул на этой высоте свободные электроны и ионы быстро рекомбинируют после захода солнца, когда нет излучения, чтобы сохранить уровни ионизации. Основное действие области D заключается в ослаблении сигналов, проходящих через нее, хотя уровень ослабления уменьшается с увеличением частоты. Соответственно, его влияние очень очевидно в диапазоне средних волн вещания — в течение дня, когда присутствует область D, слышно мало сигналов, кроме тех, которые обеспечивает покрытие наземных волн. Ночью, когда область отсутствует, сигналы отражаются от более высоких слоев и слышны сигналы гораздо дальше.
- Область E: Над областью D следует область E или слой E. Это существует на высоте от 100 до 125 км. Основным эффектом этой области является отражение радиосигналов, хотя они все же подвергаются некоторому затуханию.
- F-область: F-область или уровень F выше, чем области D и E, и это наиболее важная область для дальней КВ-связи. В течение дня он часто разделяется на две области, известные как области F 1 и F 2 , причем слой F 1 является нижним издвух. Ночью эти две области сливаются в результате снижения уровня радиации, образуя одну область, называемую F-областью. Высота регионов F значительно различается. Время суток, время года и состояние солнца оказывают большое влияние на F-область. В результате любые цифры для высоты очень изменчивы, и следующие цифры следует использовать только как очень приблизительное руководство. Типичные летние высоты для F 1область может составлять примерно 300 км, а слой F 2 — примерно 400 км или даже выше. Зимние цифры могут привести к уменьшению высоты примерно до 200 км и 300 км. Высота над уровнем моря в ночное время может составлять от 250 до 300 км.
Как и в областях D и E, уровень ионизации в области F ночью падает, но ввиду гораздо меньшей плотности воздуха ионы и электроны объединяются гораздо медленнее, и слой F распадается гораздо медленнее. В результате он может поддерживать радиосвязь в ночное время, хотя и происходят изменения из-за снижения уровня ионизации.
То, как различные регионы атмосферы влияют на распространение радиоволн и радиосвязь, представляет собой увлекательное исследование. Существует очень много факторов, влияющих на распространение радиоволн и, как следствие, на установление линий радиосвязи. Прогнозировать, как это происходит, сложно и сложно, однако можно получить хорошее представление о вероятных условиях радиосвязи, используя некоторые простые индикаторы. На других страницах этого раздела веб-сайта подробно описаны многие из этих аспектов.